一種結(jié)合led外延結(jié)構(gòu)與led封裝基板為一體的垂直式led陣列元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種垂直式LED陣列元件，特別是關(guān)于一種結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體的垂直式LED陣列元件。
【背景技術(shù)】
[0002]LED光源元件價格(lm/$)是導(dǎo)致LED照明市場是否能夠全面啟動的最重要因素，因此不管是LED裸片制造商或LED封裝元件制造商無不戮力在各自的領(lǐng)域上設(shè)法降低產(chǎn)品的制造成本。多數(shù)的LED裸片制造商亦跨足了 LED封裝元件制造領(lǐng)域，期望能以縮短LED光源供應(yīng)鏈的方式來達(dá)到降低成本及售價的目的。
[0003]現(xiàn)有制作垂直式LED陣列元件的方式是將垂直式LED裸片以固晶(Die Bonding)的方式接合在具有電路的LED封裝基板上，垂直式LED裸片下方的正極接合到LED封裝基板上的正極。垂直式LED裸片上方的負(fù)極再以打線(WireBonding)的方式連接到LED封裝基板上的負(fù)極，以串聯(lián)、并聯(lián)或串、并聯(lián)方式封裝成垂直式LED陣列元件。
[0004]此外，現(xiàn)有制作垂直式LED陣列元件的方式，對于LED裸片及LED封裝而言，總共要使用到三個不同的基板，即用于生長外延層的外延基板(Ep1-Substrate)、用于晶片鍵合(Wafer Bonding)移轉(zhuǎn)后承載外延層的導(dǎo)電承載基板(Chip Carrier),以及最后承載垂直式LED裸片的封裝電路基板(Package Substrate)。其中，現(xiàn)有LED外延承載基板為了導(dǎo)電需在半導(dǎo)體基板晶片上做離子布值，還需在LED外延承載基板底部制作正電極，此制程上的需求造成現(xiàn)有垂直式LED陣列元件的制程復(fù)雜度與成本無法進(jìn)一步的降低。
[0005]請參閱圖1，圖1繪示現(xiàn)有垂直式LED陣列元件的示意圖。再者，現(xiàn)有垂直式LED陣列元件10在大功率及高光通量的應(yīng)用時，由于多晶模組封裝及功率密度較高，又由于LED裸片12與LED封裝基板14之間又有一額外導(dǎo)電接合材料層16，導(dǎo)致整個高功率密度垂直式LED封裝元件10的熱阻值不易降低，當(dāng)該垂直式LED封裝元件元件10在高功率操作下，將導(dǎo)致LED的結(jié)點溫度居高不下，進(jìn)而造成光衰及光源有效壽命減短。
[0006]因此，針對現(xiàn)有垂直式LED陣列元件所面臨的問題，市場上迫切需要一種新穎的LED元件，其能同時解決制程復(fù)雜度、因光衰而導(dǎo)致光源有效壽命短及生產(chǎn)成本的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提出一種可直接在半導(dǎo)體晶片上制造的結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體的垂直式LED陣列元件，其包含有一基板以及多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)?；寰哂幸簧媳砻?。多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)形成于基板的上表面,每一 LED外延結(jié)構(gòu)包含一 LED外延層、一第一電極結(jié)構(gòu)以及一第二電極結(jié)構(gòu)。LED外延層包含有一 N型半導(dǎo)體層、一多重量子阱結(jié)構(gòu)層以及一 P型半導(dǎo)體層。第一電極結(jié)構(gòu)形成于LED外延層的下方并與基板的上表面相接合。第二電極結(jié)構(gòu)形成于該LED外延層的上方。其中，多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)周圍形成一介電層結(jié)構(gòu)，介電層結(jié)構(gòu)于選擇性的區(qū)域內(nèi)向基板方向延伸并穿越第一電極結(jié)構(gòu)而伸入基板之中，并在基板的上表面以下形成一介電層溝槽，本發(fā)明通過介電溝槽以防止該多個LED外延結(jié)構(gòu)間可能發(fā)生的漏電現(xiàn)象。
[0008]此外，本發(fā)明垂直式LED陣列元件的第一電極結(jié)構(gòu)為承載該多個LED外延結(jié)構(gòu)的一外延基板晶片與一封裝基板晶片經(jīng)過晶片鍵合(Wafer Bonding)后所形成的一接合金屬層，為了進(jìn)一步降低封裝基板成本，該封裝基板晶片可為經(jīng)過IC制程后的再生晶片(Reclaimed Wafer)或已廢棄無法再回收使用于IC制程的再生晶片。相較于現(xiàn)有垂直式LED元件的制作程序，本發(fā)明具有制程簡單及節(jié)省成本的優(yōu)點。
[0009]再者，本發(fā)明垂直式LED陣列元件另包含有一導(dǎo)體材料層、一第三電極結(jié)構(gòu)以及一第四電極結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體材料層形成于每一 LED外延結(jié)構(gòu)周圍的該介電層結(jié)構(gòu)上，用以電連接該相鄰LED外延結(jié)構(gòu)間的第一電極結(jié)構(gòu)及第二電極結(jié)構(gòu)。第三電極結(jié)構(gòu)形成于該基板的該上表面并位于該多個LED外延結(jié)構(gòu)之外；而第四電極結(jié)構(gòu)形成于基板的上表面并位于該多個LED外延結(jié)構(gòu)之外，第三電極結(jié)構(gòu)及第四電極結(jié)構(gòu)與該多個LED外延結(jié)構(gòu)間的第一電極結(jié)構(gòu)及第二電極結(jié)構(gòu)之間以相互電連接而形成一電路，其中該第三電極結(jié)構(gòu)及該第四電極結(jié)構(gòu)的極性相異，并分別用以連接一外部電源。而于實際應(yīng)用上，該多個LED外延結(jié)構(gòu)之間還可以以串聯(lián)、并聯(lián)以及串并聯(lián)的形式進(jìn)行電性連結(jié)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于本發(fā)明垂直式LED陣列元件可利用半導(dǎo)體IC制程制作導(dǎo)電連接，可提供一種LED外延結(jié)構(gòu)間的電信連結(jié)穩(wěn)定。
[0010]最后，本發(fā)明垂直式LED陣列元件的基板另具有一下表面，該下表面可作為封裝元件的導(dǎo)熱基板底部以用來直接接觸或間接接觸一導(dǎo)熱元件或一散熱元件，以排除本發(fā)明垂直式LED陣列元件因高功率密度通電發(fā)光所產(chǎn)生的熱能。再者，于本發(fā)明垂直式LED陣列元件的LED外延結(jié)構(gòu)的上，另形成有一高透光率且具低導(dǎo)熱率的透明物質(zhì)層結(jié)構(gòu)，用以隔絕本發(fā)明垂直式LED陣列元件因高光通量密度在元件上表面所產(chǎn)生的熱能，可能回傳至該多個LED外延結(jié)構(gòu)本身進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)光效率遞減的現(xiàn)象。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明垂直式LED陣列元件具有絕對的散熱優(yōu)勢。
[0011]承上所述，本發(fā)明提出一種結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體垂直式LED陣列元件，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明垂直式LED陣列元件具有散熱佳、制程簡單及節(jié)省成本的特點。
【附圖說明】
[0012]圖1繪示現(xiàn)有垂直式LED陣列元件的示意圖。
[0013]圖2繪示根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例在一晶片基板上的垂直式LED陣列元件的示意圖
[0014]圖3繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的平面示意圖。
[0015]圖4繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的剖面示意圖。
[0016]圖5繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的晶片鍵合前的示意圖。
[0017]圖6繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的電路示意圖。
[0018]【符號說明】
[0019]10:垂直式LED陣列元件12 =LED裸片
[0020]14:LED封裝基板16:導(dǎo)電接合材料層
[0021]100:垂直式LED陣列元件102:基板、封裝基板
[0022]104:LED外延結(jié)構(gòu)106:上表面
[0023]108:LED外延層110:第一電極結(jié)構(gòu)、接合金屬層
[0024]111:外延基板上的接合金屬層
[0025]113:封裝基板上的接合金屬層
[0026]112:第二電極結(jié)構(gòu)114:N型半導(dǎo)體層
[0027]116:多重量子阱結(jié)構(gòu)層118:P型半導(dǎo)體層
[0028]120:光反射層122:介電層結(jié)構(gòu)
[0029]124:介電溝槽126:導(dǎo)體材料層
[0030]128:第三電極結(jié)構(gòu)130:第四電極結(jié)構(gòu)
[0031]132:焊料層134:下表面
[0032]136:突光層138:透明物質(zhì)層結(jié)構(gòu)
[0033]140:外延基板101:垂直式LED陣列元件的晶片
【具體實施方式】
[0034]請參閱圖2至圖4，圖2繪示根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例在一晶片基板上的垂直式LED陣列元件的示意圖，圖3繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的平面示意圖，圖4繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的剖面示意圖。本發(fā)明提出一種結(jié)合LED外延結(jié)構(gòu)與LED封裝基板為一體的垂直式LED陣列元件100，其包含有一基板102以及多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)104。于實際應(yīng)用上，在一形成多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)的垂直式LED陣列元件的晶片101可依應(yīng)用需要而將其設(shè)計、制作成不同尺寸的垂直式LED陣列元件100。于本實施例中，本發(fā)明垂直式LED陣列元件100包含9個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)104(如圖2所示)，但于實際應(yīng)用上并不以此設(shè)計為限?；?02具有一上表面106，基板102可為一娃(Silicon)基板或任何半導(dǎo)體基板其中的一者,于本具體實施例中，基板102為一娃基板。此外，該多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)104形成于基板102的上表面106的上。每一 LED外延結(jié)構(gòu)104包含一 LED外延層108、一第一電極結(jié)構(gòu)110以及一第二電極結(jié)構(gòu)112。LED外延層108包含有一 N型半導(dǎo)體層114、一多重量子阱結(jié)構(gòu)層116以及一 P型半導(dǎo)體層118，另有一光反射層120形成于該第一電極結(jié)構(gòu)110與LED外延層108之間。于實際應(yīng)用上,LED外延層108是在另一外延基板140上生長形成并經(jīng)晶片鍵合(Wafer Bonding)技術(shù)而移轉(zhuǎn)至該基板102的上表面106，而每一 LED垂直式外延結(jié)構(gòu)104也可以是由多個具有正、負(fù)電極的微小外延結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。再者，第一電極結(jié)構(gòu)110形成于LED外延層108的下方并與基板102的上表面106相接合。第二電極結(jié)構(gòu)112形成于LED外延層108的上方。其中，該多個垂直式LED外延結(jié)構(gòu)104周圍形成一介電層結(jié)構(gòu)122，介電層結(jié)構(gòu)122于選擇性的區(qū)域內(nèi)向基板102的方向延伸，同時并穿越第一電極結(jié)構(gòu)110而伸入基板102之中，并在基板102的上表面106以下形成一介電層溝槽124，而本發(fā)明垂直式LED陣列元件100通過介電溝槽124以防止該多個LED外延結(jié)構(gòu)104的第一電極結(jié)構(gòu)110間，因封裝基板102為半導(dǎo)體材料而可能發(fā)生的漏電現(xiàn)象。
[0035]請參閱圖5，圖5繪示本發(fā)明的一具體實施例的垂直式LED陣列元件的晶片鍵合前的示意圖。本發(fā)明垂直式LED陣列元件100的第一電極結(jié)構(gòu)110為生長該多個LED外延層108的一外延基板140上的接合金屬層111，與一封裝基板102上的接合金屬層113經(jīng)過晶片鍵合(Wafer Bonding)后所形成的一接合金屬層110,其中接合金屬層110由該外延基板晶片的接合金屬層113與封裝基板晶片的接合金屬層111經(jīng)過晶片鍵合(Wafer Bonding)制程所形成的單一金屬鍵合層(如圖5所示)，而該金屬鍵合層亦同時做為本發(fā)明垂直式LED陣列元件100中每一 LED外延結(jié)構(gòu)104的第一電極結(jié)構(gòu)110以及本發(fā)明垂直式LED陣列元件100中連接外部電源的第三電極結(jié)構(gòu)128及第四電極結(jié)構(gòu)130。再者，本發(fā)明所采用的基板102材質(zhì)為娃(Silicon),厚度為300?600微米(μ m)之間，而該封裝基板晶片可以是晶格為(100)的6吋或8吋或12吋的娃晶片并在表面形成一金屬鍵合層113。該封裝基板晶片并可以采用經(jīng)過IC制程后的再生晶片(Reclaimed Wafer)加工而成或經(jīng)過多次回收再生后而無法再使用于IC制程的厚度小于600微米(μπι)的報廢晶片加工而成。相較于現(xiàn)有垂直式LED元件的制作程序，本發(fā)明垂直式LED陣列元件100僅需要使用到兩個基板，即用于生長LED外延層108的外延基板140以及將用于晶片鍵合(Wafer Bond